JP5853441B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
基体11としては、例えば、配線が設けられた実装用基板を用いることができる。また、キャビティが形成され、リードフレームと、これを一体的に保持する成形体と、を備えるパッケージでもよい。基体11上には、発光ダイオード素子12と端面発光型素子13とが設けられる。
(発光ダイオード素子の一例)
発光ダイオード素子12としては、各種の発光ダイオード素子を用いることができる。また、例えば、成長用基板に素子構造を構成する半導体層を成長させたものを発光ダイオード素子12として用いることができるほか、成長用基板が剥離された素子構造を構成する半導体層を発光ダイオード素子12として用いることもできる。この場合、発光ダイオード素子12の光を上方に効率良く取り出しやすくすることができる。なお、半導体層の厚みは、例えば3μm〜10μmである。
半導体層としては、例えば、窒化物半導体層を用いることができる。窒化物半導体は、その組成により、バンドギャップエネルギーを紫外域〜可視・赤外域に相当する範囲で変えることができる。特に、窒化物半導体は、紫外光や青色光など短波長の光を効率良く出射可能な半導体層を構成することができる。このような短波長の光を効率良く出射可能な窒化物半導体層は、緑・赤色光など、それより長波長の光を吸収しにくい。このため、発光ダイオード素子12の半導体層に窒化物半導体層を用いることで、端面発光型素子13の光の吸収による損失を抑え、端面発光型素子13の光を効率良く取り出すことができる。
発光ダイオード素子12は、半導体層と基板を備えたものでもよい。基板としては、透光性基板を用いることが好ましい。また、基板の厚みは、例えば、50μm〜200μmとする。なお、基板は、半導体層を成長させるために用いる成長用基板であってもよいし、半導体層に貼り付けられた基板であってもよい。半導体層に基板を貼り付ける場合は、例えば、リフトオフなどにより半導体層から成長用基板を剥離する。その後、透光性の接着剤を介して、又は熱圧着や表面活性化接合などで直接的に、半導体層に基板を貼り付ければ、光を効率良く取り出しやすい。成長用基板は、例えば、サファイア基板やGaN基板などを用いることができる。半導体層に貼り付けられる基板は、これらに加え、ガラス基板などを用いることができ、蛍光体を含有するものでもよい。また、半導体層を上面側とする場合、銅、タングステン、又はこれらの合金等の金属の基板や、シリコン基板などを用いることもできる。
発光ダイオード素子12は、例えば、正電極と負電極とを同一面側に設け、金バンプなどを用いて基体11にフリップチップ実装することができる。このようにすれば、発光ダイオード素子12の上面側の電極やワイヤが不要となるため、発光ダイオード素子12及び端面発光型素子13の光利用効率を向上させることができる。
発光ダイオード素子12の側面における少なくとも一部領域には、絶縁性光反射材を設けることができる。特に、発光ダイオード素子12のすべての側面に絶縁性光反射材を設けることが好ましい。このようにすれば、絶縁性光反射材を見切りとして、発光ダイオード素子12の上面を発光領域として明確に特定することができる。また、発光ダイオード素子12に入射した端面発光型素子13の光が絶縁性光反射材で反射して発光ダイオード素子12の上面から取り出されやすくなるため、端面発光型素子13の光利用効率を向上させることができる。さらに、絶縁性光反射材で反射した光が散乱されるため、発光ダイオード素子12の上面における光強度の均一性を向上させることができる。
発光ダイオード素子12の上面には、端面発光型素子13の光を反射しその他の光を透過する波長選択性材(例えば誘電体多層膜)を設けることができる。
<発光ダイオード素子の上面>
発光ダイオード素子12の上面には光学構造を形成することができる。このようにすれば、発光ダイオード素子12及び端面発光型素子13の光が発光ダイオード素子12の上面で進行方向を変え、発光ダイオード素子12の上面から取り出されやすくなると共に、発光ダイオード素子12の上面における光強度の均一性を向上させることができる。
発光ダイオード素子12が基板と半導体層を備える場合には、発光ダイオード素子12の基板における半導体層側の面にも光学構造を形成することができる。このようにすれば、発光ダイオード素子12及び端面発光型素子13の光が基板の半導体層側の面で進行方向を変え、発光ダイオード素子12の上面から取り出されやすくなると共に、発光ダイオード素子12の上面における光強度の均一性を向上させることができる。
発光ダイオード素子12が基板と半導体層を備える場合には、発光ダイオード素子12の基板内部にも光学構造を形成することができる。このようにすれば、基板内部で光が進行方向を変え、発光ダイオード素子12の上面から取り出されやすくなると共に、発光ダイオード素子12の上面における光強度の均一性を向上させることができる。この場合の光学構造は、フェムト秒レーザなどを用いて形成することができる。
図2は、光学構造の一例を説明する図である。光学構造としては、例えば、凸及び/又は凹を好ましく用いることができる。凸や凹は、規則的に形成することができるほか、不規則に形成することもできる。規則的に形成される凸や凹としては、例えば、図2(a)に示すレンズや図2(b)に示すプリズムなどの単一の凸や凹から構成されるもののほか、回折格子など、複数の凸や凹がパターンを以て構成されるものを一例として挙げることができる。この複数の凸や凹は各々、上記レンズやプリズムであってもよいし、図2(c)に示す断面視台形状の多面体(側面は傾斜又は湾曲していることが好ましい)のようなものでもよい。また、不規則に形成される凸や凹としては、例えば、粗面化処理された面上の凹凸(図2(d))などを一例として挙げることができる。
発光ダイオード素子12の上面には、波長変換部材を設けることができる。このようにすれば、発光ダイオード素子12や端面発光型素子13の光を波長変換することができるため、多波長化が容易になる。波長変換部材は、例えば、蛍光体を含むものであり、透光性部材に配合して接着したり電気泳動電着したりすることにより発光ダイオード素子12の上面に固着する。蛍光体は、発光ダイオード素子12の光により励起されるものであればよい。
発光ダイオード素子12の上面には、光散乱材を含む透光性部材などを設けることができる。このようにすれば、光散乱材を含む透光性部材などで光が散乱されるため、発光ダイオード素子12の上面における光強度の均一性を向上させることができる。なお、光散乱材を含む透光性部材は、例えば、接着や電気泳動電着などにより発光ダイオード素子12の上面に固着させる。
(端面発光型素子と指向性)
端面発光型素子13としては、指向性のある光を端面から出射する発光素子であり、素子構造を構成する半導体層内に、光出射端面に略垂直な方向に延伸する光導波路を有する。具体的な端面発光型素子13としては、例えば、半導体レーザ素子やスーパールミネッセンス・ダイオードなどの発光素子を用いることができる。これらを用いれば、端面発光型素子13の光を発光ダイオード素子12の上面に効率良く入射させることが可能となる。
端面発光型素子13の発光波長は、発光ダイオード素子12の発光ピーク波長より長い、ことが好ましい。発光ダイオード素子は、通常、発光ピーク波長より短波長域において、光を極端に吸収しやすくなる。したがって、このようにすれば、端面発光型素子13の光が発光ダイオード素子12に吸収されにくいため、端面発光型素子13の光を発光ダイオード素子12から取り出しやすくなり、端面発光型素子13の光利用効率が向上する。
端面発光型素子13は、複数設けることができる。このようにすれば、それぞれの端面発光型素子13として異なる波長の光を出射する素子を用いることで、容易に多波長化することができる。また、電力を複数の端面発光型素子13に分けて投入することが可能となるため、熱源(端面発光型素子13)を分散することができる。
端面発光型素子13は、その光軸が発光ダイオード素子12の中心軸に対して0°より大きく45°より小さくなるように傾斜させて配置することが好ましい。このようにすれば、端面発光型素子13の光を発光ダイオード素子12に効率良く入射させることができる。なお、端面発光型素子13を、その出射光が透光性発光ダイオード素子12の上面に対して垂直に入射するように、配置することもできる。
発光ダイオード素子12と端面発光型素子13との間には、レンズなどの光学部品を設けることができる。このようにすれば、端面発光型素子13から出射された光の向きを調整できるため、端面発光型素子13の光利用効率を向上させることができる。光学部品は、例えば、端面発光型素子13を載置するサブマウント15の発光ダイオード素子12側の上面に設けることができる。
発光ダイオード素子12と端面発光型素子13とは、封止材で封止することができる。封止材は、例えば透光性樹脂又はガラスを用いることができる。このようにすれば、発光ダイオード素子12と端面発光型素子13の間の屈折率を高め、端面発光型素子13の指向性を高められるため、発光ダイオード素子12及び端面発光型素子13の光利用効率を向上させることができる。
以上本発明の実施形態に係る発光装置について説明したが、上記で説明した絶縁性光反射材、光反射材、透光性部材、光散乱材、及び蛍光体としては、例えば、次のものを用いることができる。
絶縁性光反射材としては、例えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、硫酸バリウムの無機粉末、またはそれらの混合物を用いることができる。
光反射材としては、前述の絶縁性光反射材に加えて、例えば、アルミニウムや銀の金属系反射材を用いることできる。
透光性部材としては、例えば、脂環式エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ガラス前駆体、またはそれらの混合物を用いることができる。
光散乱材としては、例えば、シリコーンやアクリルの樹脂製微粒子、若しくは中空ガラスビーズ、若しくは二酸化ケイ素、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、炭酸鉛、硫酸バリウム、硫化亜鉛の無機粉末、またはそれらの混合物を用いることができる。
蛍光体としては、例えば、YAG、TAG、シリケート系の蛍光体を用いることができる。
12 発光ダイオード素子
13 端面発光型素子
14 高所
15 サブマウント
101 ウェハ
102 波長選択性材
103 光散乱材
104 発光ダイオード素子
105 実装用基板
106 絶縁性光反射材
107 サブマウント
108 半導体レーザ素子
109 波長変換部材
A 平らな面
B 斜面
Claims (9)
- 基体と、
前記基体上に設けられた端面発光型素子と、
前記端面発光型素子の光出射端面内を起点とし該光出射端面に略垂直な軸と交わるように、前記基体上に設けられた発光ダイオード素子と、
を備え、
前記端面発光型素子は、前記発光ダイオード素子の上面よりも上に発光領域を有し、
前記端面発光型素子の発光波長は、前記発光ダイオード素子の発光ピーク波長より長い、
ことを特徴とする発光装置。 - 前記発光ダイオード素子の上面に、光学構造を備える、ことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記発光ダイオード素子は、成長用基板が剥離されている、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の発光装置。
- 前記端面発光型素子を複数備えた、ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記複数の端面発光型素子が異なる方向から前記発光ダイオード素子に光を出射する、ことを特徴とする請求項4に記載の発光装置。
- 前記発光ダイオード素子の側面における少なくとも一部領域に絶縁性光反射材が設けられる、ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記発光ダイオードの周囲に、前記絶縁性反射材を被覆して、光吸収材が設けられる、ことを特徴とする請求項6に記載の発光装置。
- 前記発光ダイオード素子及び前記端面発光型素子は、封止材で封止される、ことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記発光ダイオード素子の上面には、該発光ダイオード素子の光により励起される蛍光体を含む波長変換部材が設けられる、ことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の発光装置。
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